Java NIO非堵塞应用通常适用用在I/O读写等方面,我们知道,系统运行的性能瓶颈通常在I/O读写,包括对端口和文件的操作上,过去,在打开一个I/O通道后,read()将一直等待在端口一边读取字节内容,如果没有内容进来,read()也是傻傻的等,这会影响我们程序继续做其他事情,那么改进做法就是开设线程,让线程去等待,但是这样做也是相当耗费资源的。
Java NIO非堵塞技术实际是采取Reactor模式,或者说是Observer模式为我们监察I/O端口,如果有内容进来,会自动通知我们,这样,我们就不必开启多个线程死等,从外界看,实现了流畅的I/O读写,不堵塞了。
Java NIO出现不只是一个技术性能的提高,你会发现网络上到处在介绍它,因为它具有里程碑意义,从JDK1.4开始,Java开始提高性能相关的功能,从而使得Java在底层或者并行分布式计算等操作上已经可以和C或Perl等语言并驾齐驱。
本文主要简单介绍NIO的基本原理。
NIO主要原理和适用。
NIO 有一个主要的类Selector,这个类似一个观察者,只要我们把需要探知的socketchannel告诉Selector,我们接着做别的事情,当有事件发生时,他会通知我们,传回一组SelectionKey,我们读取这些Key,就会获得我们刚刚注册过的socketchannel,然后,我们从这个Channel中读取数据,放心,包准能够读到,接着我们可以处理这些数据。
Selector内部原理实际是在做一个对所注册的channel的轮询访问,不断的轮询(目前就这一个算法),一旦轮询到一个channel有所注册的事情发生,比如数据来了,他就会站起来报告,交出一把钥匙,让我们通过这把钥匙来读取这个channel的内容。
了解了这个基本原理,我们结合代码看看使用,在使用上,也在分两个方向,一个是线程处理,一个是用非线程,后者比较简单。其实以前每个连接都要有个线程在轮询,看是否有数据到达,现在是使用一个总的线程轮询所有的连接,如果有连接或数据到达了唤醒相应的线程去操作这个连接,这样是每次线程切换都是有用的,这样可以大大的降低资源的浪费。
非阻塞的原理
把整个过程切换成小的任务,通过任务间协作完成。
由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,并负责分发。
事件驱动机制:事件到的时候触发,而不是同步的去监视事件。
线程通讯:线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的进程切换。
以下是异步 IO 的结构:
图中: reactor就是那个总的轮询线程,所有的连接线程都向该线程注册相应的事件,然后连接线程就wait了,知道有相应的事件发生才会唤醒相应的连接线程。
read、decode、compute等就是相应的连接处理线程。
import java.io.*; import java.nio.*; import java.nio.channels.*; import java.nio.channels.spi.*; import java.net.*; import java.util.*; /** * * @author Administrator * @version */ public class NBTest { /** Creates new NBTest */ public NBTest() { } public void startServer() throws Exception { int channels = 0; int nKeys = 0; int currentSelector = 0; //使用Selector Selector selector = Selector.open(); //建立Channel 并绑定到9000端口 ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),9000); ssc.socket().bind(address); //使设定non-blocking的方式。 ssc.configureBlocking(false); //向Selector注册Channel及我们有兴趣的事件 SelectionKey s = ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); printKeyInfo(s); while(true) //不断的轮询 { debug("NBTest: Starting select"); //Selector通过select方法通知我们我们感兴趣的事件发生了。 nKeys = selector.select(); //如果有我们注册的事情发生了,它的传回值就会大于0 if(nKeys > 0) { debug("NBTest: Number of keys after select operation: " +nKeys); //Selector传回一组SelectionKeys //我们从这些key中的channel()方法中取得我们刚刚注册的channel。 Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator i = selectedKeys.iterator(); while(i.hasNext()) { s = (SelectionKey) i.next(); printKeyInfo(s); debug("NBTest: Nr Keys in selector: " +selector.keys().size()); //一个key被处理完成后,就都被从就绪关键字(ready keys)列表中除去 i.remove(); if(s.isAcceptable()) { // 从channel()中取得我们刚刚注册的channel。 Socket socket = ((ServerSocketChannel)s.channel()).accept().socket(); SocketChannel sc = socket.getChannel(); sc.configureBlocking(false); sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ |SelectionKey.OP_WRITE); System.out.println(++channels); } else { debug("NBTest: Channel not acceptable"); } } } else { debug("NBTest: Select finished without any keys."); } } } private static void debug(String s) { System.out.println(s); } private static void printKeyInfo(SelectionKey sk) { String s = new String(); s = "Att: " + (sk.attachment() == null ? "no" : "yes"); s += ", Read: " + sk.isReadable(); s += ", Acpt: " + sk.isAcceptable(); s += ", Cnct: " + sk.isConnectable(); s += ", Wrt: " + sk.isWritable(); s += ", Valid: " + sk.isValid(); s += ", Ops: " + sk.interestOps(); debug(s); } /** * @param args the command line arguments */ public static void main (String args[]) { NBTest nbTest = new NBTest(); try { nbTest.startServer(); } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
这是一个守候在端口9000的noblock server例子,如果我们编制一个客户端程序,就可以对它进行互动操作,或者使用telnet 主机名 90000 可以链接上。
通过仔细阅读这个例程,相信你已经大致了解NIO的原理和使用方法,下一篇,我们将使用多线程来处理这些数据,再搭建一个自己的Reactor模式。
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